EP3115253A2 - Verfahren und vorrichtung zur erkennung einer oberleitung oder stromschiene oberhalb eines fahrwegs - Google Patents
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- EP3115253A2 EP3115253A2 EP16177680.2A EP16177680A EP3115253A2 EP 3115253 A2 EP3115253 A2 EP 3115253A2 EP 16177680 A EP16177680 A EP 16177680A EP 3115253 A2 EP3115253 A2 EP 3115253A2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
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- B60M1/00—Power supply lines for contact with collector on vehicle
- B60M1/12—Trolley lines; Accessories therefor
- B60M1/28—Manufacturing or repairing trolley lines
Definitions
- the invention relates to a method and a device for detecting a catenary or busbar above a guideway.
- the vehicle can also be moved electrically either with the help of an internal combustion engine or by a pantograph with existing overhead line.
- the pantograph is movable and can be raised or lowered depending on the presence of the overhead line.
- the pantograph should not be extended because it is pressed against the line with a certain spring force. If the line is missing, there is no counter force and the pantograph goes into its maximum possible extended position. If the rail vehicle, with the pantograph fully extended, enters a rail area that has a catenary, it will most likely be damaged or torn off by the extended pantograph.
- the test for the presence of a catenary is made by visual inspection by the railway driver.
- any existing overhead contact line must be manually detected and taken into account when controlling a boom.
- the method according to the invention has the advantage that a catenary or busbar above a travel path is detected by monitoring an area above the travel path with a sensor located on a vehicle and pointing upwards and generating a detection signal, if detected on the basis of a sensor signal is that above the vehicle, a catenary or busbar is present.
- track is to be understood below in particular a track or rail track, which is spanned at least on electrified sections usually a catenary or busbar.
- Under track can also be understood a road that can be spanned, for example, to supply electric busses or trucks with electric drive also with a catenary.
- the detection signal contains information about a height of the detected overhead line or busbar relative to a height of the travel path.
- a detection signal can be used not only to decide whether a pantograph should be extended or not, but is also suitable to determine a maximum allowable extension height, for example, a crane jib.
- the height-adjustable element located on the vehicle is a current collector which is brought to the overhead line or busbar in dependence on the detection signal.
- height-adjustable element is a boom whose movement is limited upward depending on the detection signal such that a predetermined minimum height distance between the boom and the overhead line or the busbar is not exceeded.
- This minimum height difference depends on a voltage applied to the overhead line or busbar. For example, it is possible to maintain one centimeter safety distance per thousand volts of voltage. For example, in Germany usual fifteen thousand volts overhead line voltage, the predetermined minimum height distance can thus be about 15 centimeters.
- the movement of the cantilever upwards is limited only if it is additionally determined that the detected overhead line or busbar is under tension.
- Such recognition is possible either by means of additional sensors, or can be done manually. For example, when using a construction machine on a construction site area, it is usually known in advance whether an existing overhead line is under voltage or not.
- the sensor signal is the signal of a radar sensor.
- radar sensors are particularly insensitive to dirt, for example, a snow deposit on the sensor above, are.
- Ultrasonic sensors or optical sensors, such as cameras, are less suitable for this purpose.
- a device for detecting a catenary or busbar above a travel path wherein the device is located on a vehicle that is suitable to drive on the guideway and the device comprises a sensor which is arranged, an area above the vehicle on the presence to monitor a catenary or busbar.
- the sensor is a radar sensor.
- an electronic storage medium on which the computer program is stored, and an electronic control unit, which comprises the electronic storage medium.
- FIG. 1 shows a schematic representation of a rail vehicle with the device according to the invention.
- the rail vehicle (10 which may be, for example, a locomotive or a railcar, has an electronic control unit (20), which in turn comprises an electronic storage medium (25).
- the rail vehicle (10) further comprises a current collector (15), which can be moved by means of an adjusting device to a catenary (40) or lowered in the direction of the roof of the rail vehicle (10).
- the rail vehicle (10) also has a radar sensor (50) whose view cone is directed upwards. Since rail vehicle (10) travels a track (30), which is usually composed of two rails.
- the upper edge of the rails, the so-called rail top edge defines a reference level with respect to a distance to the overhead line.
- the inventive method is started, for example, in which it is initialized by an operator of the rail vehicle (10), for example, a train driver.
- the operator of the rail vehicle (10) requests, via a suitable interface, an approach of the current collector (15) to a suspected overhead line. After this requirement has been detected by the electronic control unit (20), it is checked by means of the radar sensor (50) whether an overhead line (40) is located above the rail vehicle (10). Since the visual cone of the radar sensor (50) is directed upwards, ie in the direction of the overhead line (40), the presence of a catenary in the image of the radar sensor (50) shows up as a narrow, long solid line extending through the entire cone of vision of the radar sensor (50) pulls through. Such a line is easily recognizable by means of modern image processing algorithms. These image processing algorithms can be run either directly in the radar sensor (50) or in the electronic control unit (20).
- the inventive method is not initialized by the request of an operator of the rail vehicle (10), but by an automatism that depends on the position of the rail vehicle suspends a catenary (40) and then requests a approach of the current collector (15) to the overhead line (40).
- the approach of the current collector (15) to the overhead line (40) is not performed by the electronic control unit (20). Instead, the operator of the rail vehicle (10) receives by means of a suitable display device a signal which confirms that the presence of a catenary (40) has been detected by means of the radar sensor (50). The operator of the rail vehicle (10) then moves the current collector (15) manually to the overhead line (40) zoom.
- FIG. 2 shows a schematic representation of a construction machine (60) which is adapted to drive on a track and which has a device according to the invention. Elements used in the description of the FIG. 1 have been described are provided with the same reference numerals and will not be described in detail below.
- the construction machine (60) has a crane boom (65) on which a radar sensor (50) is mounted. The sight cone of the radar sensor (50) is directed upwards in the direction of any overhead line (40).
- the radar sensor (50) constantly checks whether an overhead line (40) is located above the construction machine (60). In addition, by means of the radar sensor (50), the height of the detected overhead line (40) above the upper rail edge of the track (30) is determined.
- the movement of the crane jib (65) is limited depending on the height difference between the upper edge of the track and the overhead line (40) such that a predeterminable minimum height difference between the overhead line (40) and the rail upper edge is not undershot. This ensures that the crane jib (65) does not approach the overhead line (40) by more than a resulting safety distance.
- the safety distance is dimensioned so that an arc can be safely prevented from the overhead line (40) on the crane boom (65).
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung einer Oberleitung oder Stromschiene oberhalb eines Fahrwegs.
- Bei sogenannten Zweikraft- oder Hybridschienenfahrzeugen kann das Fahrzeug entweder mit Hilfe eines Verbrennungsmotors oder durch einen Stromabnehmer bei vorhandener Oberleitung auch elektrisch fortbewegt werden. Der Stromabnehmer ist beweglich und kann je nach Vorhandensein der Oberleitung hochgefahren oder abgesenkt werden. Bei Nichtvorhandensein einer Oberleitung sollte der Stromabnehmer nicht ausgefahren werden, da er mit einer gewissen Federkraft an die Leitung gedrückt wird. Fehlt die Leitung, ist keine Gegenkraft vorhanden und der Stromabnehmer geht in seine maximal mögliche ausgefahrene Lage. Fährt das Schienenfahrzeug mit maximal ausgefahrenem Stromabnehmer in einen Schienenbereich ein, der über eine Oberleitung verfügt, wird diese vom ausgefahrenen Stromabnehmer mit großer Wahrscheinlichkeit beschädigt oder abgerissen.
- Bei derzeit im Einsatz befindlichen Schienenfahrzeugen erfolgt die Prüfung auf das Vorhandensein einer Oberleitung durch Sichtprüfung durch den Schienenfahrzeugführer.
- Bei Bauarbeiten im Gleisbau stellt die Oberleitung stets eine Gefahrenquelle dar. Baumaschinen, die über ausfahrbare Teile, wie zum Beispiel Kranausleger verfügen, können die Oberleitung beschädigen. Bei bisher im Betrieb befindlichen Baumaschinen muss eine eventuelle vorhandene Oberleitung manuell erkannt werden und bei der Steuerung eines Auslegers berücksichtigt werden.
- Das erfindungsgemäße Verfahren hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Oberleitung oder Stromschiene oberhalb eines Fahrwegs erkannt wird, indem ein Bereich oberhalb des Fahrwegs mit einem an einem Fahrzeug befindlichen und nach oben gerichteten Sensor überwacht wird und ein Erkennungssignal erzeugt wird, wenn ausgehend von einem Sensorsignal erkannt wird, dass oberhalb des Fahrzeugs eine Oberleitung oder Stromschiene vorhanden ist. Unter dem Begriff Fahrweg ist im Folgenden insbesondere ein Gleis bzw. Schienenstrang zu verstehen, der zumindest auf elektrifizierten Streckenabschnitten im Regelfall von einer Oberleitung oder Stromschiene überspannt ist. Unter Fahrweg kann aber auch eine Straße verstanden werden, die beispielsweise zur Versorgung von Elektrobussen oder Lastkraftwagen mit elektrischem Antrieb ebenfalls mit einer Oberleitung überspannt sein kann.
- Vorteilhaft ist, wenn das Erkennungssignal Informationen über eine Höhe der erkannten Oberleitung oder Stromschiene relativ zu einer Höhe des Fahrwegs enthält. Ein solches Erkennungssignal kann nicht nur zur Entscheidung, ob ein Stromabnehmer ausgefahren werden soll oder nicht, herangezogen werden, sondern ist ebenfalls geeignet, eine maximal zulässige Ausfahrhöhe, beispielsweise eines Kranauslegers zu bestimmen.
- Vorteilhaft ist, wenn basierend auf dem Erkennungssignal ein auf dem Fahrzeug befindliches, höhenverstellbares Element bewegt wird.
- Vorteilhaft ist, wenn es sich bei dem an dem Fahrzeug befindlichen höhenverstellbaren Element um ein Stromabnehmer handelt, der in Abhängigkeit von dem Erkennungssignal an die Oberleitung oder Stromschiene herangeführt wird.
- Vorteilhaft ist, wenn es sich bei dem an dem Fahrzeug befindlichen, höhenverstellbaren Element um einen Ausleger handelt, dessen Bewegung nach oben in Abhängigkeit von dem Erkennungssignal derart begrenzt wird, dass ein vorgebbarer Höhenmindestabstand zwischen Ausleger und der Oberleitung oder der Stromschiene nicht unterschritten wird. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist dieser Höhenmindestabstand abhängig von einer an der Oberleitung oder Stromschiene anliegenden Spannung. So ist es zum Beispiel möglich, pro tausend Volt Spannung einen Zentimeter Sicherheitsabstand einzuhalten. Bei zum Beispiel in Deutschland üblichen fünfzehntausend Volt Oberleitungsspannung kann der vorgebbare Höhenmindestabstand somit etwa 15 Zentimeter betragen.
- Vorteilhaft ist, wenn die Bewegung des Auslegers nach oben nur dann begrenzt wird, wenn zusätzlich festgestellt wird, dass die erkannte Oberleitung oder Stromschiene unter Spannung steht. Eine solche Erkennung ist entweder mittels einer zusätzlichen Sensorik möglich, oder kann manuell vorgenommen werden. So ist beispielsweise beim Einsatz einer Baumaschine an einem Baustellenbereich üblicherweise im Vorfeld bekannt, ob eine vorhandene Oberleitung unter Spannung steht oder nicht.
- Vorteilhaft ist, wenn es sich bei dem Sensorsignal, um das Signal eines Radarsensors handelt. Da Radarsensoren besonders unempfindlich gegen Schmutz beispielsweise eine Schneeablagerung auf dem nach oben genannten Sensor, sind. Ultraschallsensoren oder optische Sensoren, wie beispielsweise Kameras, sind hierfür weniger geeignet.
- Vorteilhaft ist eine Vorrichtung zur Erkennung einer Oberleitung oder Stromschiene oberhalb eines Fahrwegs, wobei sich die Vorrichtung an einem Fahrzeug befindet, dass geeignet ist, den Fahrweg zu befahren und die Vorrichtung einen Sensor umfasst, der eingerichtet ist, einem Bereich oberhalb des Fahrzeugs auf das Vorhandensein einer Oberleitung oder Stromschiene zu überwachen.
- Vorteilhaft ist eine Vorrichtung, bei der es sich bei dem Sensor um einen Radarsensor handelt.
- Vorteilhaft ist außerdem ein Computerprogramm, dass dazu ausgebildet ist, oder durch Kompilieren dazu ausgebildet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
- Vorteilhaft ist außerdem ein elektronisches Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist, sowie eine elektronische Steuereinheit, die das elektronische Speichermedium umfasst.
- Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Figur 1
- eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst;
- Figur 2
- eine schematische Darstellung einer Baumaschine, die die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.
- Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Dabei sei angemerkt, dass die Erfindung sich nicht nur für den Einsatz bei schienengebundenen Fahrzeugen eignet. Ein Einsatz in Oberleitungsbussen bzw. Lastkraftwagen, die über eine elektrische Oberleitung mit Energie versorgt werden, ist ebenso möglich. Die Erfindung kann darüber hinaus auch bei Baumaschinen eingesetzt werden, die für den Einsatz auf oberleitungsüberspannten Straßen vorgesehen sind.
-
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das Schienenfahrzeug (10), bei dem es sich beispielsweise um eine Lokomotive oder einen Triebwagen handeln kann, verfügt über eine elektronische Steuereinheit (20), die wiederum ein elektronisches Speichermedium (25) umfasst. Das Schienenfahrzeug (10) umfasst ferner einen Stromabnehmer (15), der mittels einer Stelleinrichtung an eine Oberleitung (40) herangefahren oder in Richtung des Daches des Schienenfahrzeugs (10) abgesenkt werden kann. Das Schienenfahrzeug (10) verfügt ferner über einen Radarsensor (50), dessen Sichtkegel nach oben gerichtet ist. Da Schienenfahrzeug (10) befährt ein Gleis (30), das sich im Regelfall aus zwei Schienen zusammensetzt. Die Oberkante der Schienen, die sogenannte Schienenoberkante, definiert dabei ein Referenzniveau in Bezug auf einen Abstand zur Oberleitung. - Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass sich der Stromabnehmer (15) zu Beginn der erfindungsgemäßen Verfahrens in eingefahrenem Zustand, das heißt maximal von der Oberleitung (40) entfernt, befindet. In einem ersten Schritt wird das erfindungsgemäße Verfahren gestartet, beispielweise in dem es durch einen Bediener des Schienenfahrzeugs (10), beispielsweise einen Lokführer, initialisiert wird.
- Der Bediener des Schienenfahrzeugs (10) fordert über eine geeignete Schnittstelle ein Heranführen des Stromabnehmers (15) an eine vermutete Oberleitung an. Nachdem diese Anforderung durch die elektronische Steuereinheit (20) erkannt worden ist, wird mittels des Radarsensors (50) überprüft, ob sich oberhalb des Schienenfahrzeugs (10) eine Oberleitung (40) befindet. Da der Sichtkegel des Radarsensors (50) nach oben, also in Richtung der Oberleitung (40) gerichtet ist, zeigt sich das Vorhandensein einer Oberleitung im Bild des Radarsensors (50) als schmale, lange durchgezogene Linie, die sich durch den gesamten Sichtkegel des Radarsensors (50) hindurch zieht. Eine solche Linie ist mittels moderner Bildverarbeitungsalgorithmen leicht zu erkennen. Diese Bildverarbeitungsalgorithmen können entweder direkt in dem Radarsensor (50) oder in der elektronischen Steuereinheit (20) ablaufen. Wird erkannt, dass sich oberhalb des Schienenfahrzeugs (10) eine Oberleitung (40) befindet, erfolgt in einem nächsten Schritt die Freigabe für das Heranfahren des Stromabnehmers (15) an die Oberleitung (40). Der Stromabnehmer (15) wird also mittels einer Höhenverstelleinrichtung soweit nach oben ausgefahren, bis elektrisch leitender Kontakt zur Oberleitung (40) hergestellt ist. Wird das Vorhandensein der Oberleitung mittels des Radarsensors (50) nicht erkannt, wird der Heranführen des Stromabnehmers (15) an die Oberleitung (40) blockiert.
- In einer alternativen Ausgestaltung wird das erfindungsgemäße Verfahren nicht durch die Anforderung eines Bedieners des Schienenfahrzeugs (10) initialisiert, sondern durch einen Automatismus, der abhängig von der Position des Schienenfahrzeugs eine Oberleitung (40) vermutet und daraufhin ein Heranfahren des Stromabnehmers (15) an die Oberleitung (40) anfordert.
- In einer weiteren alternativen Ausgestaltung wird das Heranfahren des Stromabnehmers (15) an die Oberleitung (40) nicht durch die elektronische Steuereinheit (20) vorgenommen. Stattdessen erhält der Bediener des Schienenfahrzeugs (10) mittels einer geeigneten Anzeigevorrichtung ein Signal, das bestätigt, das mittels des Radarsensors (50) das Vorhandensein einer Oberleitung (40) erkannt wurde. Der Bediener des Schienenfahrzeugs (10) fährt daraufhin den Stromabnehmer (15) manuell an die Oberleitung (40) heran.
-
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Baumaschine (60), die eingerichtet ist, ein Gleis zu befahren und die über eine erfindungsgemäße Vorrichtung verfügt. Elemente, die im Rahmen der Beschreibung derFigur 1 beschrieben wurden, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden im Folgenden nicht näher beschrieben. Die Baumaschine (60) verfügt über einen Kranausleger (65), auf dem ein Radarsensor (50) montiert ist. Der Sichtkegel des Radarsensors (50) ist nach oben in Richtung einer eventuell vorhandenen Oberleitung (40) gerichtet. Im Betrieb der Baumaschine (60) wird mittels des Radarsensors (50) permanent überprüft, ob sich oberhalb der Baumaschine (60) eine Oberleitung (40) befindet. Zusätzlich dazu wird mittels des Radarsensors (50) die Höhe der erkannten Oberleitung (40) oberhalb der Schienenoberkante des Gleises (30) bestimmt. - Die Bewegung des Kranauslegers (65) wird in Abhängigkeit der ermittelten Höhendifferenz zwischen Gleisoberkante und Oberleitung (40) derart begrenzt, dass ein vorgebbarer Höhenmindestabstand zwischen Oberleitung (40) und Schienenoberkante nicht unterschritten wird. Somit ist sichergestellt ist, dass sich der Kranausleger (65) nicht um mehr als einen resultierenden Sicherheitsabstand an die Oberleitung (40) annähert. Der Sicherheitsabstand ist dabei so bemessen, dass ein Überspringen eines Lichtbogens von der Oberleitung (40) auf den Kranausleger (65) sicher verhindert werden kann. In einer alternativen Ausgestaltung wird mittels einer weiteren Sensorik ermittelt, ob die Oberleitung (40) spannungsführend ist oder nicht. Wenn erkannt wird, dass die Oberleitung (40) nicht spannungsführend ist, wird die Bewegung des Auslegers nach oben nicht begrenzt.
Claims (12)
- Verfahren zur Erkennung einer Oberleitung oder Stromschiene oberhalb eines Fahrwegs, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich oberhalb des Fahrwegs mit einem an einem Fahrzeug befindlichen und nach oben gerichteten Sensor überwacht wird und ein Erkennungssignal erzeugt wird, wenn ausgehend von einem Sensorsignal erkannt wird, dass oberhalb des Fahrzeugs eine Oberleitung oder Stromschiene vorhanden ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennungssignal Informationen über eine Höhe der erkannten Oberleitung oder Stromschiene relativ zu einer Höhe des Fahrwegs enthält.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf dem Erkennungssignal ein an dem Fahrzeug befindliches, höhenverstellbares, Element bewegt wird.
- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem an dem Fahrzeug befindlichen, höhenverstellbaren Element um ein Stromabnehmer handelt, der in Abhängigkeit von dem Erkennungssignal an die erkannte Oberleitung oder Stromschiene herangeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem an dem Fahrzeug befindlichen, höhenverstellbaren Element um einen Ausleger handelt, dessen Bewegung nach oben in Abhängigkeit von dem Erkennungssignal derart begrenzt wird, dass ein vorgebbarer Höhenmindestabstand zwischen Ausleger und der Oberleitung oder der Stromschiene nicht unterschritten wird.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Auslegers nach oben nur dann begrenzt wird, wenn zusätzlich festgestellt wird, dass die erkannte Oberleitung oder Stromschiene unter Spannung steht.
- Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Sensorsignal um das Signal eines Radarsensors handelt.
- Vorrichtung zur Erkennung einer Oberleitung oder Stromschiene oberhalb eines Fahrwegs, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vorrichtung an einem Fahrzeug befindet, dass geeignet ist, den Fahrweg zu befahren und die Vorrichtung einen Sensor umfasst, der eingerichtet ist, einen Bereich oberhalb des Fahrzeugs auf das Vorhandensein einer Oberleitung oder Stromschiene zu überwachen.
- Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Sensor um einen Radarsensor handelt.
- Computerprogramm, dass dazu ausgebildet ist oder durch Kompilieren dazu ausgebildet wird, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen.
- Elektronisches Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 10 gespeichert ist.
- Elektronische Steuereinheit, die das elektronische Speichermedium nach Anspruch 11 umfasst.
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